高考申論題
114年
[氣象] 大氣測計學(包括傳統觀測與遙測)
第 二 題
二、飛機機身都裝有測量飛行速度的皮托管（Pilot tube），即空速管。試說明皮托管的測量原理，且說明皮托管在高空及低空使用時會有什麼差異。（20 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
看到皮托管（Pitot tube）測速，首先必須聯想到流體力學中的『白努利定律（Bernoulli's principle）』，透過動壓與靜壓的差值來推導流速。針對高低空差異，切入點應為『大氣密度隨高度遞減』以及高空高速飛行時產生的『空氣可壓縮性（Compressibility）』，進而討論指示空速（IAS）與真實空速（TAS）的物理誤差及環境防護（如結冰）需求。
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【破題】皮托管（Pitot tube，或稱空速管）之核心物理機制建構於流體力學之「白努利定律（Bernoulli's equation）」，藉由量測氣流之總壓（停滯壓）與靜壓差值，計算出飛行器相對大氣的運動速度。 【論述】 一、皮托管之物理測量原理
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皮托管原理與空速量測
💡 運用白努利定律量測總壓與靜壓之差（動壓），推導飛機相對速度。
| 比較維度 | 低空環境 | VS | 高空環境 |
|---|---|---|---|
| 大氣密度 | 接近海平面標準值 | — | 隨高度增加而急遽降低 |
| 空速關係 | IAS 接近 TAS | — | TAS 遠大於 IAS |
| 可壓縮性 | 可視為不可壓縮流體 | — | 需考量馬赫數壓縮效應 |
| 結冰防護 | 風險低，氣溫多高於冰點 | — | 風險極高，必須配備加熱除冰 |
💬高空測速需額外修正密度與壓縮性誤差，並強化環境防護以維持精準度。
